В статье представлен краткий обзор публикаций, размещенных в специальном выпуске журнала «Вестник Московского университета. Серия 16. Биология», посвященном столетию со дня основания кафедры физиологии человека и животных МГУ имени М.В. Ломоносова выдающимся русским физиологом А.Ф. Самойловым. Вкратце рассмотрены основные вехи истории кафедры физиологии человека и животных. В контексте задач, стоящих перед современной физиологической наукой, обсуждаются работы, представленные ведущими исследователями нашей страны, в том числе научными коллективами кафедры физиологии человека и животных.

В статье рассматриваются световая среда обитания двух популяций креветок вида Mysis relicta (Crustacea: Mysidacea) и молекулярный механизм спектральной настройки их зрительных пигментов. Представлены данные, согласно которым спектральная настройка основана на экспрессии генов разных опсинов, а не на замене хромофорных групп: ретиналь-1 (A1) ↔ ретиналь-2 (A2).

Этот небольшой обзор посвящен цитокинам – молекулярным медиаторам иммунитета и многих других физиологических функций организма. Наука о цитокинах открыла новые принципы коммуникаций между клетками и новые парадигмы передачи внутриклеточного сигнала. В практической медицине нашли свое применение как некоторые рекомбинантные цитокины, так и – парадоксально – ингибиторы цитокинов.

Внутриклеточная концентрация анионов хлора ([Cl^-]_i), равновесный потенциал для анионов хлора (E_Cl), а также трансмембранные хлорные токи (I_Cl) являются факторами, которые оказывают значительное влияние на электрофизиологические свойства возбудимой ткани, в том числе, миокарда. К настоящему моменту в сердце выявлено несколько типов хлорной (анионной) проводимости. В последние годы идентифицирован целый ряд трансмембранных белков, демонстрирующих хлорную проводимость (CFTR, ClC, TMEM16, LRRC8), а также подтверждена экспрессия этих макромолекул в ткани сердца. Накопленные данные позволяют установить молекулярный субстрат для некоторых хлорных анионных токов (I_Cl,PKA, I_Cl,ir, I_Cl,vol, I_Cl,swell, I_Cl,Ca, I_to2), обнаруживаемых в сердце. Кроме того, установлены молекулярные механизмы регуляции [Cl^-]_i и E_Cl посредством хлорных котранспортеров (КСС, NKCC1) и хлор-бикарбонатных обменников. Множественность структур, определяющих хлорную трансмембранную проводимость, и сложность молекулярных механизмов регуляции хлорного гомеостаза лежат в основе комплексных и зачастую разнонаправленных эффектов активации хлорных переносчиков в ритмоводителе, проводящей системе и рабочем миокарде сердца. В данном обзоре рассмотрены структурные и биофизические свойства, а также молекулярная регуляция белковых комплексов – переносчиков хлора, идентифицированных в миокарде.

Наземные брюхоногие моллюски развили новые структуры в нервной системе по сравнению с морскими и водными улитками, чтобы адаптироваться к новой среде обитания. Поведение этих животных качественно отличается от поведения водных брюхоногих моллюсков и включает в себя не только возможность активного взаимодействия с другими животными, но и демонстрацию интереса активным приближением, избегание или бегство в определенных случаях. Феномен «стрелы любви», используемый при оплодотворении, уникален для Природы. У этих животных можно сформировать практически все виды ассоциативной памяти, продемонстрировать консолидацию и реконсолидацию памяти, проанализировать механизмы поддержания и модификации памяти. На уровне функционально идентифицированных нейронов и нейронных кластеров возможно исследовать ассоциативные процессы in vitro, разработана 3-нейронная модель ассоциативных долговременных изменений синаптической эффективности.

Изучение эволюции функций пролактина дает ключ для понимания разнообразия эффектов этого гормона у млекопитающих в норме и патологии, что актуально как с теоретической, так и с практической точки зрения. В статье представлен обзор собственных и литературных данных, касающихся роли пролактина и его рецепторов в регуляции половых особенностей пресноводной адаптации трехиглой колюшки Gasterosteus aculeatus L. Продемонстрировано, что экспрессия мРНК гена пролактина 1 (одного из двух паралогов пролактина) и его рецептора PRLRA в мозге растет только у самок колюшки при переходе в пресную воду. Мозг и почка колюшки как андрогензависимые органы характеризуются зависимой от пола экспрессией Prlra в морской воде. Предполагается, что через рецептор PRLRA в этих органах осуществляются зависимые от пола осморегуляторные эффекты пролактина. Рецептор PRLRB в условиях морской воды экспрессируется в почке и мозге колюшки независимо от пола, однако экспрессия этого рецептора более чувствительна к снижению солености. Очевидно, рецептор PRLRB принимает более активное участие в реализации независимых от пола осморегуляторных функций пролактина. Жабры и кишечник как осморегуляторные органы экспрессируют рецепторы PRLRA и PRLRB независимо от пола и в морской, и в пресной воде. При пресноводной адаптации параллельно растет экспрессия Prl1 в мозге самок и экспрессия Atp1a1 (гена α1а-субъединицы Na⁺/K⁺-АТФазы), Nhe3 (гена натрий-протонного антипорта NHE3) и Ecac (гена эпителиального кальциевого канала ECAC) в их жабрах. Предполагается, что эти гены жабр находятся под позитивным контролем пролактина. Поиск возможности реализации осморегуляторной функции пролактина у млекопитающих показал, что она может проявляться в условиях таких типов патологий, которые сопровождаются повышенной экспрессией изоформ рецептора пролактина в органах, участвующих в осморегуляции. Одной из таких патологий является холестаз самок крыс. Он сопровождается ростом экспрессии изоформ Prlr и изменением активности и соотношения субъединиц Na⁺/K⁺-АТФазы в почке. Таким образом, у рыб осморегуляторная функция пролактина зависит от пола, а у млекопитающих может проявляться в условиях нарушения водно-солевого обмена.

Рост организма в раннем постнатальном онтогенезе связан с изменением функционирования многих систем, в том числе сердечно-сосудистой. Для кровеносной системы новорожденных характерны многочисленные структурные и функциональные особенности, что на системном уровне проявляется в существенно более низком артериальном давлении. В этом обзоре рассмотрены различия механизмов регуляции сокращения гладкомышечных клеток сосудов в раннем постнатальном онтогенезе и во взрослом возрасте, включая возрастные изменения функционирования ионных каналов, активность которых влияет на уровень мембранного потенциала и внутриклеточную концентрацию ионов кальция, а также изменения кальциевой чувствительности сократительного аппарата. Заключительный раздел обзора посвящен обсуждению вопроса о связи механизмов регуляции сокращения и дифференцировки гладкомышечных клеток сосудов во время их созревания.

Целью работы было изучение роли вторичного мессенджера NAADP (Nicotinic Acid Adenine Dinucleotide Phosphate), вызывающего высвобождение ионов Са²⁺ из лизосом и эндосом, в поддержании спонтанных сокращений сердца. В качестве объектов использовали изолированные сердца виноградной улитки Helix pomatia и куриного зародыша на донервной стадии эмбрионального развития. Используя проникающий через мембрану ацетооксиметильный эфир NAADP-AM, мы показали, что NAADP в наномолярных концентрациях увеличивает частоту и амплитуду спонтанных сокращений сердца H. pomatia. Антагонист NAADP NED19, не влияя на амплитуду сокращений, дозозависимо снижает их частоту, полностью блокируя спонтанные сокращения сердца моллюска при концентрации 5 мкМ. Ингибитор Н⁺-АТФазы V-типа бафиломицин А1 подавляет накопление ионов кальция в лизосомах и кислых эндосомах. Мы показали, что бафиломицин А1 вызывает затухание спонтанных сокращений и остановку сердца H. pomatia. Серотонин увеличивает амплитуду сокращений сердца H. pomatia, не влияя на частоту сокращений. NED19 в насыщающих концентрациях (10 мкМ) снижает частоту сокращений при активации сердца улитки серотонином, но лишь частично уменьшает их амплитуду. В экспериментах с изолированным сердцем куриного зародыша нами показано, что NED19 снижает частоту спонтанных сокращений, не влияя на амплитуду сокращений. На основании полученных данных высказана гипотеза, согласно которой высвобождение под влиянием эндогенного NAADP ионов кальция из лизосом и эндосом способствует поддержанию спонтанной сократимости сердца.

Сравнена вкусовая привлекательность 15 карбоновых и других органических кислот и их производных (аскорбиновая, лимонная, сорбиновая, яблочная, щавелевая, уксусная, гликолевая, α- и γ-аминомасляные кислоты, их соли Na⁺ и K+; 0,1 М) для пяти видов цихлидовых (Cichlidae) рыб – нильской Oreochromis niloticus и мозамбикской О. mossambicus тиляпий, золотого меланохрома Melanochromis auratus, апельсинового неолампрологуса Neolamprologus leleupi и цихлазомы Хартвега Vieja hartwegi. Лимонная и щавелевая кислоты, аскорбат Na⁺, сорбат и цитрат K⁺, оксалат аммония обладают для рыб привлекательным, либо безразличным вкусом, аскорбиновая и сорбиновая кислоты, цитрат Na⁺ и малат Na⁺ – отталкивающим, либо также безразличным вкусом. Яблочная кислота имеет привлекательный вкус для цихлазомы, отталкивающий – для мозамбикской тиляпии и безразличный вкус для других цихлид. Уксусная кислота и изомеры аминомасляной кислоты индифферентны по вкусу для всех рыб. Вкусовая привлекательность органических кислот может быть иной по сравнению с солями, образованными на их основе. Привлекательность солей выше, чем у соответствующих кислот в 10 случаях из 28, в 4 случаях – ниже, в 14 случаях не изменяется. Преобразование аскорбиновой и сорбиновой кислот в соли Na⁺ и K⁺ сопровождается повышением вкусовой привлекательности у большинства цихлид, яблочной кислоты в малат Na⁺ – у половины видов. Для большинства рыб лимонная кислота и ее соли Na⁺ и K⁺ обладают сходной привлекательностью. Щавелевая кислота по сравнению с оксалатом аммония имеет более высокую привлекательность для неолампрологуса, более низкую – для мозамбикской тиляпии и одинаковые вкусовые свойства для остальных трех видов рыб. Различия между потреблением гранул с изомерами аминомасляной кислоты и гранул с уксусной и гликолевой (гидроксиуксусной) кислотой отсутствуют у всех цихлид. Пищевое поведение, проявляемое цихлидами в ходе оросенсорного тестирования гранул, похоже – рыбы совершают небольшое число отверганий и повторных схватываний гранул, длительность их удержания в ротовой полости сходная.

Исследованы изменения поведения и состояния грызунов и обезьян, наблюдаемые на ранней (предсимптомной) стадии до видимого проявления характерных симптомов при формировании паркинсонподобного синдрома. На модели паркинсоноподобного синдрома у грызунов, индуцированного хроническим введением низких доз токсина ротенона, исследованы последовательные стадии развития нейропатологических процессов – когнитивные нарушения, развивающиеся с 1–2-й нед. воздействия ротенона, незначительные двигательные нарушения на 3–4-й нед. до возникновения выраженной двигательной дисфункции, а также некоторые биохимические показатели. На модели паркинсоноподобного синдрома у обезьян (Macaca mulatta) при хроническом введении низких доз токсина 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетра-гидропиридина (МФТП), исследованы характеристики зрительно вызванных саккад при выполнении инструментальной условнорефлекторной задачи. По мере развития МФТП-синдрома выявлено увеличение латентных периодов зрительно вызванных саккад, а также снижение их точности при сохранении устойчивого инструментального поведения. Негативные поведенческие эффекты у грызунов и обезьян, а также биохимические эффекты у грызунов проявлялись на предсимптомной стадии заболевания, что позволяет рассматривать их как ранние маркеры парикинсоноподобного синдрома.

Интенсивное развитие нефте- и газодобывающей отраслей в Арктике ставит под угрозу арктические водные экосистемы. Считается, что токсическое и, прежде всего, летальное кардиотоксическое действие нефти на живые организмы связано с полиароматическими углеводородами (ПАУ), и в предыдущих работах были рассмотрены электрофизиологические механизмы действия отдельных ПАУ в составе нефти. Однако физиологические эффекты сложной смеси ПАУ в составе водорастворимой фракции (ВРФ) нефти ранее не изучались. Данное исследование сфокусировано на анализе действия ВРФ нефти на электрическую активность и основные ионные токи в рабочем миокарде наваги (Eleginus nawaga), одного из наиболее важных промысловых видов рыб Арктики. Было обнаружено, что 1%-ные и 10%-ные растворы ВРФ нефти вызывают выраженное увеличение длительности потенциалов действия в кардиомиоцитах наваги. Этот эффект, по всей видимости, связан с подавлением быстрого тока задержанного выпрямления I_Kr (IC₅₀ около 3% в желудочковом и предсердном миокарде). В более высоких концентрациях ВРФ нефти подавляла и кальциевый ток I_CaL (IC₅₀ = 10,6%), что приводило к снижению сократительной активности изолированных препаратов миокарда. В отличие от отдельных трициклических ПАУ, ВРФ нефти не действовала на быстрый натриевый ток INa и не влияла на скорость фазы быстрой деполяризации потенциала действия. Оценка содержания трициклических ПАУ в 10%-ной ВРФ нефти показала, что их совокупная концентрация относительно низка и не превышает 100 нМ. Таким образом, ВРФ нефти также оказывает мощное кардиотоксическое действие в миокарде рыб, однако ее эффект отличается от исследованных ранее эффектов трициклических ПАУ и позволяет предполагать присутствие в составе нефти еще не исследованных соединений, обладающих более выраженной способностью блокировать калиевые каналы ERG.

В работе исследовали влияние эндоканнабиноидов арахидоноилэтаноламида (АЭА), известного также как анандамид, и 2-арахидоноилглицерина (2-АГ) на параметры миниатюрных потенциалов концевой пластинки (МПКП) и вызванных потенциалов концевой пластинки (ПКП) моторных синапсов, восстанавливающихся в ходе реиннервации мышцы – длинного разгибателя пальцев мыши. 2-АГ увеличивал амплитуду МПКП на 35%, а также увеличивал амплитуду ПКП на 37%, не влияя при этом на квантовый состав ПКП и другие параметры секреции медиатора. Эффект предотвращался ингибитором везикулярного транспортера ацетилхолина везамиколом и обратным агонистом каннабиноидных рецепторов СВ1-типа АМ251. АЭА не вызывал изменений амплитуды и других параметров МПКП, однако снижал квантовый состав ПКП на 27%. Тормозный эффект АЭА предотвращался АМ251, а также блокатором Са²⁺-каналов L-типа нитрендипином. Впервые установлено, что в регенерирующих моторных синапсах АЭА и 2-АГ, активируя один и тот же тип пресинаптических СВ-рецепторов, имеют разные конечные мишени, влияют на разные параметры квантовой секреции ацетилхолина и оказывают разнонаправленное воздействие на синаптическую передачу. Наличие как облегчающих, так и тормозных эффектов эндоканнабиноидов может служить для тонкой настройки и регуляции синаптической передачи в созревающих моторных контактах.

Тактильное воображение до сих пор остается малоизученным феноменом в области исследований способности человека к формированию мысленных образов. В то же время наряду с воображением движений эта техника может стать эффективным инструментом сенсомоторной реабилитации после инсульта и травм спинного мозга. В настоящем исследовании, проведенном на 22 здоровых добровольцах, была изучена локализация источников десинхронизации (подавления) мю-ритма электроэнцефалограммы с использованием многоканальной регистрации и последующим решением обратной задачи методом sLORETA. У всех участников исследования наблюдалась десинхронизация мюритма при выполнении задачи на тактильное воображение, а также под воздействием вибротактильной стимуляции. Было показано, что десинхронизация при вибротактильной стимуляции, равно как и при тактильном воображении, локализована в сенсомоторных областях коры больших полушарий. В пространстве источников было показано, что десинхронизация в постцентральной извилине была значимо выше по сравнению с прецентральной извилиной. Полученные результаты указывают на то, что тактильное воображение, подобно восприятию реальных тактильных стимулов, приводит к устойчивой активации сенсомоторных отделов коры больших полушарий, что согласуется с общими представлениями об общей активации нейрональных структур головного мозга при воображении и восприятии.